CN110345679A - 蓄冷式制冷系统及冷库 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄冷式制冷系统及冷库，包括制冷回路、控制器、蓄冷管路，蓄冷管路包括主管路，主管路至少套设在蒸发器部分管路上，主管路与其所套设的蒸发器的管路之间形成用于储存蓄冷剂的蓄冷夹层区域。本发明蓄冷式制冷系统，蓄冷管路的主管路至少套设在蒸发器的部分管路上，形成套管结构，套管内的蒸发器管路直接冻结蓄冷夹层区域内与蒸发器管路接触的蓄冷剂进行蓄冷，能够满足间歇能源供应条件下冷藏空间内温度的稳定维持，大大提高了冷藏设备工作的稳定性，保障了药品、疫苗的安全；套管式蓄冷结构在大空间设置时，只需根据现场条件布设蒸发器管路及蓄冷管路即可，易于组装，大大提高了大容量冷藏设备存储温度的稳定性与均匀性。
Description
技术领域
本发明属于制冷设备技术领域，具体涉及一种蓄冷式制冷系统及具有其的冷库。
背景技术
现有针对食品、药品、疫苗类材料低温储存的需要，在有稳定电力能源供应的情况下，通常利用制冷系统维持存储空间的温度恒定。此类产品对于稳定电力供应的依赖大，难以在电力不正常条件下稳定运行。
为满足电力不正常环境下药品、疫苗类材料低温存储的需要，通常采用的是利用相变材料，配合制冷系统，实现存储空间的低温控制。例如常见的冰衬冷藏箱，在有电力供应时，利用冷藏箱夹层的水相变为冰，存储一定冷量，用于满足在电力间断期间冷藏箱内部的冷藏温度控制。另外，也有将太阳能、风能转化为电能后利用大容量蓄电池存储起来，然后再由蓄电池为冷藏箱持续提供能源，维持冷藏箱稳定运行；或者，利用太阳能、风能转化为电能驱动制冷系统产生冷量，再利用相变材料将富余的冷量积蓄起来，满足太阳能、风能间断期间冷藏箱冷藏存储需要。
对于传统相变材料存储冷量，满足在电力供应不足或间断期间冷藏设备冷藏功能的产品，蓄冷通常采用水箱或冰排方案，由于冰蓄冷结构过于复杂、庞大，难以在大空间的冷库中应用。
发明内容
本发明针对现有技术制冷系统采用水箱或冰排蓄冷难以满足间断能源供应情况下大容量冷藏设备的稳定运行，提供一种蓄冷式制冷系统及冷库。
为实现上述发明目的，本发明所提出的蓄冷式制冷系统采用下述技术方案予以实现：
一种蓄冷式制冷系统，包括：
制冷回路，其至少由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器依次串联组成；
控制器，至少用于控制所述压缩机的启停；
还包括：
蓄冷管路，其包括主管路，所述主管路沿所述蒸发器的管路长度方向至少套设在所述蒸发器的部分管路上，所述主管路与其所套设的所述蒸发器的管路之间形成用于储存蓄冷剂的蓄冷夹层区域。
所述主管路与其所套设的所述蒸发器的管路同轴线或非同轴线。
所述主管路的数量为多个，沿所述蒸发器的管路长度方向间隔设置；或者，所述主管路的数量为1个，且沿所述蒸发器的管路长度方向套设在所述蒸发器的全部管路上。
所述蓄冷管路还包括支路，所述支路为非闭合支路，且所述非闭合支路的入口连接在所述主管路上与所述蓄冷夹层空间连通；当所述非闭合支路呈U形时，所述非闭合支路的入口位置低于其出口位置，且所述非闭合支路的出口位置不高于所述主管路的轴线位置。
所述蓄冷管路还包括支路，所述支路为内部容置有蓄冷剂的闭合支路，所述闭合支路的一部分穿设至所述主管路的内部或者所述闭合支路位于所述主管路的外部且其一部分与所述主管路直接接触以进行冷量交换。
所述支路与所述主管路相互垂直。
所述蓄冷夹层区域内设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器连接。
所述主管路上间隔设置有多个膨胀管路，所述膨胀管路的入口连接在所述主管路的底部，所述膨胀管路的出口位于所述主管路的上方且连通大气压，所述膨胀管路上具有位于其入口和出口之间的膨胀段，所述膨胀段的内径大于所述膨胀管路上其他部位处的内径。
所述蓄冷夹层区域内设置有支撑筋，所述支撑筋的外侧边连接在所述主管路的内壁上，内侧边抵靠在所述蒸发器的管路外壁上。
本发明还提出了一种冷库，包括蓄冷式制冷系统、冷库本体和太阳能供电系统，所述蓄冷式制冷系统为上述的蓄冷式制冷系统，所述主管路布置在所述冷库本体的冷藏空间顶部。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
1、本发明蓄冷式制冷系统，通过设置蓄冷管路，蓄冷管路的主管路至少套设在蒸发器的部分管路上，与其所套设的蒸发器的管路之间形成用于储存蓄冷剂的蓄冷夹层区域，由至少此部分的蒸发器管路直接冻结蓄冷夹层区域内与蒸发器管路接触的蓄冷剂，进行蓄冷，能够满足间歇能源供应条件下冷藏空间内温度的稳定维持，大大提高了冷藏设备工作的稳定性，保障了药品、疫苗的安全；
2、蓄冷管路的主管路与蒸发器的至少部分管路套设设置，形成套管式蓄冷结构，本发明蓄冷式制冷系统在大空间，比如大空间冷库内设置时，只需根据现场条件布设蒸发器管路及蓄冷管路即可，比如可均匀布设在冷库冷藏空间的顶部，易于组装，大大提高了医用冷藏设备或食品冷藏设备存储温度的稳定性与均匀性；
3、通过蓄冷剂蓄冷，蓄冷的冷量几乎可以100%利用，且长期使用性能无衰减，有利于保证长期可靠运行；
综上，本发明蓄冷式制冷系统可实现间歇能源供应条件下大容量冷藏设备稳定运行，满足药品、疫苗、食品等物品的大规模冷藏存储，保障了存储物品安全；且本发明的冷库采用上述蓄冷式制冷系统与太阳能供电系统结构，由太阳能直接驱动制冷系统，可以实现利用太阳能直接驱动运行的冷库，为偏远无电力供应地区大量食品、药品低温存储提供了解决方案。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 为本发明蓄冷式制冷系统的结构示意图；
图2为本发明蓄冷式制冷系统的蓄冷管路一种实施方式的结构示意图；
图3为图2中A部结构放大图；
图4为本发明蓄冷式制冷系统的蓄冷管路U形非闭合支路与主管路连接结构示意图；
图5为本发明蓄冷式制冷系统的蓄冷管路的主管路与蒸发器管路的套设结构径向断面示意图；
图6为本发明蓄冷式制冷系统的蓄冷夹层区域内设置支撑筋的结构示意图；
图7为本发明蓄冷式制冷系统的蓄冷管路的主管路上设置膨胀管路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
参照图1至图3，本实施例蓄冷式制冷系统包括制冷回路100、控制器和蓄冷管路200，制冷回路100可以为直流压缩机制冷回路，其至少由压缩机110、冷凝器120、节流装置130和蒸发器140依次串联组成；控制器，至少用于控制压缩机110的启停；蓄冷管路200，其包括主管路210，主管路210沿蒸发器140的管路长度方向至少套设在蒸发器140的部分管路上，主管路210和其所套设的蒸发器140的管路之间形成用于储存蓄冷剂的蓄冷夹层区域300。
通过设置蓄冷管路200，其主管路210至少套设在蒸发器140的部分管路上形成套管式结构，且主管路210和其所套设的蒸发器140的管路之间形成用于储存蓄冷剂的蓄冷夹层区域300，由至少此部分的蒸发器140管路直接冻结蓄冷夹层区域300内与蒸发器250管路接触的蓄冷剂，进行蓄冷，蒸发器140盘管不直接向冷藏空间提供冷源，所需冻结的蓄冷剂量根据维持冷藏空间持续、稳定运行的需要设计为特定的容量，蒸发器140与蓄冷管路200的主管路210呈套管式布局，制冷剂走蒸发管内，蓄冷剂存储于蓄冷夹层区域300，直接冻结蓄冷，可大大缩短冻结时间，满足间歇能源供应条件下冷藏空间内温度的稳定维持，大大提高了冷藏设备工作的稳定性，保障了药品、疫苗的安全；主管路210与蒸发器140的至少部分管路套设形成套管式蓄冷结构，使得实施例蓄冷式制冷系统在大空间比如大空间冷库内设置时，只需根据现场条件布设蒸发器管路及蓄冷管路即可，比如可均匀布设在冷库冷藏空间的顶部，易于组装，大大提高了医用冷藏设备存储温度的稳定性与均匀性。
具体地，蒸发器140管路的布置方式可以是“S”形或回字形等方式，相应地，主管路210和蒸发器140形成的套管也呈“S”形或回字形等，通过位于外侧的主管路210与冷藏空间通过自然对流与辐射方式换热，蓄冷夹层区域300内主要蓄冷方式是利用蓄冷剂相变潜热。
进一步地，主管路210与其所套设的蒸发器140的管路同轴线或非同轴线均可，不做具体限制。
主管路210的数量为多个，沿蒸发器140的管路长度方向间隔设置；或者，主管路210的数量为1个，且沿蒸发器140的管路长度方向套设在蒸发器140的全部管路上。
为利于冷量导出并均匀分布于冷藏空间内，本实施例中蓄冷管路200还包括支路220，支路220为非闭合支路，位于主管路210的下方，形状不限，参照图2，图2中有3种支路形式，比如直线形支路220A、U形支路220B和盘管状支路220C，支路220的入口E均连接在主管路210上并与蓄冷夹层区域300连通，支路220由主管路210引出时可采用三通等部件。即支路220由主管路210引出，若冷藏空间为矩形，三种支路分别竖直布置在冷藏空间侧壁和后壁，主管路210布置在冷库冷藏空间的顶部，使得支路220的主流动方向向下，支路数量根据冷藏空间换热要求决定，支路220内仅流通蓄冷剂，温度在0℃以上，支路220主要起换热辅助作用，促进冷藏空间的温度调节及控制，同时其显热也起到一定的蓄冷作用。对于U形支路220B和盘管状支路220C，其出口D也连接在主管路210上并与蓄冷夹层区域300连通，则U形支路220B和盘管状支路220C均能与蓄冷夹层区域300配合各自形成循环支路，且其入口E的位置低于其出口D的位置，出口D的位置不高于主管路220的轴线位置，如图4所示，从而可充分利用冷流体密度大的特点，在重力作用下实现自然流动，而非闭合支路在与冷藏空间换热后温度明显高于入口E处温度,此时非闭合支路220流入段和流出段在同一高度位置存在密度差，通过接入主管路210与蓄冷夹层区域300连通即可实现循环流动，更有利于与蓄冷管路间的冷量交换，无需另外设置循环动力，流动方向如图4中箭头所示。
当然，支路220也可以为内部容置有蓄冷剂的独立闭合支路，闭合支路220的一部分穿设至主管路210的内部或者闭合支路220位于主管路210的外部且其一部分与主管路210直接接触以进行冷量交换。
进一步地，支路220与主管路210相互垂直。
为保证蓄冷夹层区域300内的蓄冷剂具有未冻结的部分，以保证图2中支路220与主管路210之间蓄冷剂的质量与热量交换，本实施例中蓄冷夹层区域300内设置有温度传感器400，参照图5，温度传感器400与控制器通信连接。具体地，由于越靠近蒸发器140的管壁温度越低，则蓄冷夹层区域300内最靠近蒸发器140管壁的蓄冷剂先冻结，冻结速度沿径向由内向外逐渐减慢，且未冻结蓄冷剂在重力作用下积聚在蓄冷夹层区域300底部，如图5所示，按照蓄冷剂的冻结程度，蓄冷夹层区域300被分为靠近蒸发器140管壁的相变冻结区310和底部的流动区320，温度传感器400具体设置在两区域之间，具体可设置在主管路210的内壁上或外壁上，这样保证最大蓄冰时，蓄冷夹层区域300底部仍有少量的液态蓄冷剂形成流动区320，保证液态蓄冷剂在支路220和主管路210内循环，进而保证支路220的冷量传递。温度传感器400一般控制相变冻结区310温度在0℃以下（例如-1℃），流动区温度在0℃ 以上，即当温度传感器400检测到温度达到0℃以下时，控制器控制压缩机110停机；当温度传感器400检测到温度回升至0℃ 以上（例如0.5℃时），控制器控制时压缩机110开机。这样可以保证蓄冷夹层区域300中大部分蓄冷剂的冻结，同时又使未冻结蓄冷剂保持流动性，实现与支路220中蓄冷剂的质量与热量交换。不至于因冻结温度过低导致蓄冷夹层区域300中全部的蓄冷剂完全冻结，防止因冻结膨胀导致套管变形损坏以及因失去流动性可能引起的支路220不流通，造成冷藏空间内温度分布不均。
为防止蓄冷夹层区域300中的蓄冷剂完全冻结时冰体膨胀导致套管结构损坏，除设置有温度传感器400控制制冷系统运行外，还可以采用以下两种方式：一是蓄冷夹层区域300内蓄冷剂不完全充满，留出一定膨胀空间，二是主管路210上间隔设置有膨胀管路500，参照图7，膨胀管路500的入口510连接在主管路210的底部，膨胀管路500的出口520位于主管路210的上方且连通大气压，膨胀管路500上具有位于其入口510和出口520之间的膨胀段530，膨胀段530的内径大于膨胀管路500上其他部位处的内径。膨胀管路500的膨胀段530用于容纳膨胀量，可有效防止蓄冷夹层区域300内的蓄冷剂冻结膨胀导致蓄冷管路200损坏。
进一步地，蓄冷夹层区域300内设置有支撑筋600，如图6所示，支撑筋600的外侧边连接在主管路210的内壁上，内侧边抵靠在蒸发器140的管路外壁上。支撑筋600优选沿蓄冷夹层区域300的长度方向，每隔一段距离（例如0.5m、1m）设置一处，且各处支撑筋600呈发散状布设，避免因管路过长，重力、折弯等因素造成内主管路210和蒸发器140管路组成的套管坍塌，造成内外管直接接触，进而导致蓄冷效率降低、主管路210外表面温度过低等问题。同时，设置支撑筋600有助于维持蓄冷夹层区域300内沿长度方向不同位置处相变冻结区310与流动区320的稳定统一。
本实施例中蓄冷剂为水，此外，根据特定的存储温度需求，可以选择其他蓄冷剂，利用不同蓄冷剂的相变温度实现特定的存储温度保持。
本实施例还提出了一种冷库，包括蓄冷式制冷系统和冷库本体，蓄冷式制冷系统的具体结构参见本发明蓄冷式制冷系统的实施例及附图1至图7的描述，在此不再赘述，其中，主管路210布置在冷库本体的冷藏空间内并位于顶部，优选地，主管路210保持水平或者基本水平，对于支路220，其布置在冷藏空间侧壁和后壁，则只需根据现场条件布设蒸发器140的管路及蓄冷管路200即可，易于组装，大大提高了大空间医用冷藏设备存储温度的稳定性与均匀性。
对于蓄冷式制冷系统的供电系统，其可以直接采用电力，或者采用由太阳能、风能等产生的电能直接驱动的制冷系统进行制冷。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种蓄冷式制冷系统，包括：
制冷回路，其至少由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器依次串联组成；
控制器，至少用于控制所述压缩机的启停；
其特征在于，还包括：
蓄冷管路，其包括主管路，所述主管路沿所述蒸发器的管路长度方向至少套设在所述蒸发器的部分管路上，所述主管路与其所套设的所述蒸发器的管路之间形成用于储存蓄冷剂的蓄冷夹层区域。
2.根据权利要求1所述的蓄冷式制冷系统，其特征在于，
所述主管路与其所套设的所述蒸发器的管路同轴线或非同轴线。
3.根据权利要求1所述的蓄冷式制冷系统，其特征在于，
所述主管路的数量为多个，沿所述蒸发器的管路长度方向间隔设置；
或者，所述主管路的数量为1个，且沿所述蒸发器的管路长度方向套设在所述蒸发器的全部管路上。
4.根据权利要求1所述的蓄冷式制冷系统，其特征在于，
所述蓄冷管路还包括支路，所述支路为非闭合支路，且所述非闭合支路的入口连接在所述主管路上与所述蓄冷夹层空间连通；当所述非闭合支路呈U形时，所述非闭合支路的入口位置低于其出口位置，且所述非闭合支路的出口位置不高于所述主管路的轴线位置。
5.根据权利要求1所述的蓄冷式制冷系统，其特征在于，
所述蓄冷管路还包括支路，所述支路为内部容置有蓄冷剂的闭合支路，所述闭合支路的一部分穿设至所述主管路的内部或者所述闭合支路位于所述主管路的外部且其一部分与所述主管路直接接触以进行冷量交换。
6.根据权利要求4或5所述的蓄冷式制冷系统，其特征在于，
所述支路与所述主管路相互垂直。
7.根据权利要求4或5所述的蓄冷式制冷系统，其特征在于，
所述蓄冷夹层区域内设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器连接。
8.根据权利要求1所述的蓄冷式制冷系统，其特征在于，
所述主管路上间隔设置有多个膨胀管路，所述膨胀管路的入口连接在所述主管路的底部，所述膨胀管路的出口位于所述主管路的上方且连通大气压，所述膨胀管路上具有位于其入口和出口之间的膨胀段，所述膨胀段的内径大于所述膨胀管路上其他部位处的内径。
9.根据权利要求1所述的蓄冷式制冷系统，其特征在于，
所述蓄冷夹层区域内设置有支撑筋，所述支撑筋的外侧边连接在所述主管路的内壁上，内侧边抵靠在所述蒸发器的管路外壁上。
10.一种冷库，包括蓄冷式制冷系统、冷库本体和太阳能供电系统，其特征在于：所述蓄冷式制冷系统为权利要求1至9中任一项所述的蓄冷式制冷系统，所述主管路布置在所述冷库本体的冷藏空间顶部。
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